第二章 化学反应速率与化学平衡【基础诊断与扫盲】高二化学上学期人教版

该高中化学单元知识清单系统梳理了“化学反应速率与化学平衡”单元内容，涵盖反应速率、影响因素、有效碰撞理论、平衡建立与移动等八大知识范畴，搭建了从基础概念到理论应用的阶梯式学习支架。 清单采用“诊断评价+知识点详解”模式，每个知识点前设判断题诊断掌握程度，配合实验探究案例（如硫代硫酸钠与硫酸反应）和表格对比（如外界因素对速率影响表），培养科学思维与探究能力。特别设计“温馨提醒”标注易混点（如固体浓度视为常数），助力学生自主查漏，教师可据此优化教学，提升课堂效率。

第二单元 化学反应速率与化学平衡 知识点 01 诊断评价 化学反应速率 不了解 了解 掌握 1．化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物物质的量浓度的减少或任何一种生成物物质的量浓度的增加。(_____) 2．化学反应速率的单位可以是g·(L·s)－1，也可以是kg·  (L·s)－1，甚至可以是t·(L·s)－1等。(_____) 3．对于反应H2＋Cl2=2HCl，化学反应速率可表示为v=a mol·L-1·s-1。(______) 4．v(A)=0.1 mol·L-1·s-1指1 s时c(A)=0.1 mol·L-1。(______) 5．合成氨反应，5 s末v(H2)=0.5 mol·L-1·s-1时，v(NH3)=1 mol·L-1·s-1。(_____) 6．对于反应4NH3＋5O2=4NO＋6H2O，v(NO)与v(O2)的关系为4v(NO)=5v(O2)。(_____) 7．根据化学反应速率的大小可以判断化学反应进行的快慢。(_____) 8．反应速率一般是指某段时间内的平均反应速率，而不是瞬时反应速率。(_____) 9．在2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)反应中，t1、t2时刻，SO3(g)浓度分别为c1、c2，则t1～t2时间内，SO3(g)生成的平均速率为v=。(_____) 10．由于固体和纯液体的浓度可视为常数，所以不能用固体或纯液体物质来表示化学反应速率。(_____) 11．10 mol·L-1·s-1的反应速率一定比1 mol·L-1·s-1的反应速率大。(_____) 12．在同一化学反应中，化学反应速率可以用反应物浓度的改变来表示，也可以用生成物浓度的改变来表示，其数值可能相同，也可能不相同。(_____) 知识点 02 诊断评价 影响化学反应速率的因素 不了解 了解 掌握 13．升高温度能加快吸热反应速率，减慢放热反应速率。(____) 14．一定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，滴入少量硫酸铜与醋酸钠均能够提高反应速率。(____) 15．一个化学反应的快慢主要取决于反应温度。(______) 16．使用催化剂一般能加快反应速率。(______) 17．升高反应体系的温度，一定能加快反应速率。(_____) 18．增加反应物的量，一定能加快反应速率。(______) 19．增大反应体系的压强，一定能加快反应速率。(______) 20．引起化学平衡移动的根本原因是v正、v逆不同程度地改变。(_____) 21．探究温度对反应速率的影响，等体积、等物质的量浓度的与溶液在不同温度下反应，温度高的溶液中先出现浑浊，则温度升高，该反应速率加快。(____) 22．平衡时，其他条件不变，分离出固体生成物，正反应速率加快。(_____) 23．两试管各加入溶液，同时分别滴入硫酸和盐酸，两支试管同时变浑浊。(_____) 24．用铁片与硫酸反应制备氢气时，增大硫酸浓度一定会加快产生氢气的速率。(______) 知识点 03 诊断评价 有效碰撞理论 不了解 了解 掌握 25．所有化学反应的反应历程均包含至少2个基元反应。(_____) 26．增大反应物的浓度和升高温度，均能够增大活化分子的百分含量，所以反应速率均增大。(_____) 27．对于有气体参加的反应，缩小容器体积使压强增大，可增大活化分子百分数，从而使化学反应速率加快。（_____） 28．其他条件相同时，增大反应物浓度使分子获得能量，活化分子百分数提高，反应速率增大。(______) 29．升高温度能使化学反应速率增大，主要原因是增大了反应物分子中活化分子的百分数。(______) 30．催化剂参与化学反应，改变了活化能，但反应前后的物理和化学性质保持不变。(_____) 31．对于有气体参加的反应，缩小容器体积使压强增大，活化分子百分数不变，但化学反应速率加快。(_____) 32．对有气体参加的反应体系，缩小容器体积，能够增大活化分子的百分含量，所以反应速率增大。(______) 33．活化分子之间发生的碰撞一定为有效碰撞。(______) 34．化学反应实质是活化分子有合适取向时的有效碰撞。(_______) 35．增大反应物浓度会加快反应速率的原因是单位体积内有效碰撞的次数增多。(_______) 36．活化分子间的碰撞一定能发生化学反应。(_______) 知识点 04 诊断评价 化学平衡建立 不了解 了解 掌握 37．反应、互为可逆反应。（______） 38．可逆反应中反应物的转化率不能达到100%。(_____) 39．化学反应达到最大限度时，正、逆反应速率也达到最大且相等。(____) 40．向5溶液中加入5滴同浓度的溶液，再加入几滴溶液，溶液显红色，证明与的反应是可逆反应。(______) 41．2SO2＋O22SO3反应中，v(SO2)∶v(O2)=2∶1 时，反应达到平衡状态。(_____) 42．可以通过改变温度控制可逆反应的反应限度。(_____) 43．可逆反应达到最大限度状态也是反应停止状态。(_____) 44．可逆反应，若，说明反应达到平衡状态。(_____) 45．气体分子总数不再改变时，反应达到平衡状态。(_____) 46．在已达到平衡的可逆反应中，充入由构成的氧气一段时间后，存在于二氧化硫、氧气和三氧化硫中。(_____) 47．对于有气体参加的可逆反应，在恒温恒容密闭容器中进行，压强不变则说明达到平衡状态。(____) 48．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH，该反应的ΔH不变，标志反应达到平衡。(____) 49．化学反应达到化学平衡状态时反应混合物中各组分的浓度一定与化学方程式中对应物质的化学计量数成比例。(____) 50．可逆反应CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)若3v(CH4)=v(H2)，说明达到平衡状态。(____) 51．在2 L的密闭容器中800 ℃时发生反应：2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，当容器中气体的颜色保持不变时，说明反应已达到平衡状态。(____) 52．化学反应达平衡后的平均速率为0，但v正=v逆≠0。(____) 知识点 05 诊断评价 化学平衡移动 不了解 了解 掌握 53．改变外界条件使平衡正向移动的原因是v正增大，v逆减小。（______） 54．装有的密闭烧瓶冷却后颜色变浅，原因是转化为的反应吸热。（____） 55．降低温度一定引起化学平衡移动。(_____) 56．对于化学平衡，改变条件使v正和v逆同时改变，平衡一定发生移动。(_____) 57．对于平衡：2NO2⇌N2O4，改变条件使平衡发生移动，气体颜色一定加深。(_____) 58．若改变条件正反应速率增大，平衡可能会逆向移动。(_____) 59．对于密闭容器中的可逆反应：，达化学平衡后，通入氦气，化学平衡一定发生移动。(_____) 60．合成氨反应需使用催化剂，说明催化剂可以促进该平衡向生成氨的方向移动。(_____) 61．化学反应速率改变，化学平衡不一定发生移动。(___) 62．对于H2(g)＋I2(g)2HI(g)，无论恒温恒容，还是恒温恒压，充入稀有气体，平衡均不移动。(_______) 63．升高温度，化学平衡会向着吸热反应的方向移动，此时放热反应方向的反应速率会减小。(_______) 64．CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0，在其他条件不变的情况下改变压强，平衡不发生移动，反应放出的热量不变。(_______) 65．增大某一反应物A的浓度，平衡正向移动时，反应物的浓度一定小于原来的浓度，生成物的浓度一定大于原来的浓度。(_______) 66．恒容条件下，增加气体反应物的量，平衡正向移动，反应物的转化率一定增大。(_______) 知识点 06 诊断评价 化学平衡常数 不了解 了解 掌握 67．N2＋3H2⇌2NH3和N2＋H2⇌NH3的平衡常数表达式相同。(_____) 68．改变某条件，化学平衡正向移动，值不一定增大。(_____) 69．平衡常数表达式中，可以是任一物质的浓度。(____) 70．从平衡常数K的大小可以推断一个反应进行的程度。(_____) 71．平衡常数K既与温度、反应物本身的性质有关，也与反应物浓度、压强有关。(_____) 72．改变反应物浓度或反应产物浓度都会改变平衡常数K。(_____) 73．在任何条件下，化学平衡常数都是一个恒定值。(_____) 74．增大反应物的浓度，平衡正向移动，化学平衡常数增大。(___) 75．化学平衡常数只受温度的影响，温度升高，化学平衡常数的变化取决于该反应的反应热。(_____) 76．化学方程式中化学计量数等倍扩大或缩小，化学平衡常数不会发生改变。(_____) 77．催化剂能改变化学反应速率，也能改变平衡常数。(_____) 78．可逆反应的平衡常数为。(_____) 79．化学平衡常数和转化率都能体现可逆反应进行的程度。(___) 80．化学平衡正向移动，反应物的转化率一定增大。(_____) 知识点 07 诊断评价 化学反应进行的方向 不了解 了解 掌握 81．CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g)是一个熵减过程。(_____) 82．当温度升高时，吸热且熵增加的反应一定能自发进行。(_____) 83．由焓判据和熵判据组合而成的复合判据，将更适合于所有的过程。(_____) 84．吸热且熵增加的反应，温度越低反应越可能自发进行。(_____) 85．非自发反应，一定条件下也能使其反应发生。(______) 86．需要加热才能够进行的反应，肯定不是自发反应。(______) 87．ΔH<0，ΔS>0的反应，一定是自发反应。(______) 88．8NH3(g)＋6NO2(g)=7N2(g)＋12H2O(g)　ΔH<0，则该反应一定能自发进行。(____) 89．工业合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应，在低温时自发进行。(____) 90．Na与H2O的反应是熵增的放热反应，该反应能自发进行。(____) 知识点 08 诊断评价 化学反应调控 不了解 了解 掌握 91．使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。(______) 92．充入的N2越多越有利于NH3的合成。(______) 93．化学反应速率理论可以指导怎样在一定时间内快出产品。(_______) 94．铁作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。(_____) 95．将氨从混合气中分离，可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。(_____) 96．已达平衡的反应，当增大的浓度时，平衡向正反应方向移动，的转化率一定升高。(_____) 97．，其他条件不变时，升高温度，反应速率和的平衡转化率均增大。(_____) 98．在恒容条件下，有两个平衡体系：、，都增加A的量，A的转化率都变小。(_______) 参考答案： 1．× 2．× 3．× 4．× 5．× 6．× 7．√ 8．√ 9．√ 10．√ 11．× 12．× 13．× 14．× 15．× 16．√ 17．√ 18．× 19．× 20．√ 21．√ 22．× 23．× 24．× 25．× 26．× 27．× 28．× 29．√ 30．× 31．√ 32．× 33．× 34．√ 35．√ 36．× 37．× 38．√ 39．× 40．× 41．× 42．√ 43．× 44．× 45．× 46．√ 47．× 48．× 49．× 50．× 51．√ 52．√ 53．× 54．× 55．√ 56．× 57．× 58．√ 59．× 60．× 61．√ 62．√ 63．× 64．√ 65．× 66．× 67．× 68．√ 69．× 70．√ 71．× 72．× 73．× 74．× 75．√ 76．× 77．× 78．× 79．√ 80．× 81．× 82．× 83．× 84．× 85．√ 86．× 87．√ 88．√ 89．√ 90．√ 91．× 92．× 93．√ 94．× 95．× 96．× 97．√ 98．× 知识点01化学反应速率 1．意义：化学反应速率是用来衡量化学反应过程进行快慢程度的物理量 2．表示方法：通常用单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量(均取正值)来表示 3．表达式：v＝或v＝ 式中：Δc为浓度的变化量，一般以mol·L－1为单位；Δt为时间，一般以s或min为单位 （1）一般来说，化学反应不是等速进行的，因此某一时间内的反应速率实际上是这一段时间内的平均速率。 （2）化学反应速率无论是用反应物还是生成物表示，其化学反应速率都为正值。 （3）固体或纯液体的浓度视为常数，Δc=0，因此不用固体或纯液体表示化学反应速率。 4．单位：mol/(L·s)、mol/(L·min)、mol/(L·h) 5．适用范围：所有的化学反应(主要是气体和溶液) 【温馨提醒】 ①一般来说，随着反应的逐渐进行，反应物浓度会逐渐减小，化学反应速率也会逐渐减慢。因此，化学反应速率通常是指某一段时间内的平均反应速率，而不是瞬时反应速率 ②在同一化学反应中，选用不同物质表示化学反应速率，其数值可能相同也可能不相同，但表示的意义相同，即一种物质的化学反应速率就代表了整个化学反应的反应速率 ③对于一个具体的化学反应，反应物和生成物的物质的量的变化是按化学方程式中化学计量数之比进行的，所以化学反应中各物质的反应速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比 对于反应aA＋bB===cC＋dD (A、B、C、D均不是固体或纯液体)：则：v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝Δn(A)∶Δn(B)∶Δn(C)∶Δn(D)＝Δc(A)∶Δc(B)∶Δc(C)∶Δc(D)＝a∶b∶c∶d ④表示化学反应速率时，必须指明用哪种物质作标准，因为同一化学反应，用不同的物质表示的反应速率，其数值可能不同。如：化学反应N2＋3H22NH3，用H2表示该反应的反应速率时应写成v(H2) ⑤浓度是指物质的量浓度而不是物质的量或质量分数 ⑥化学反应速率与时间和浓度有关，无论是用反应物浓度的减少还是用生成物浓度的增加来表示，都取正值 ⑦在一定温度下，对于固体和纯液体物质来说，其单位体积里的物质的量不会改变，即它们的物质的量浓度为常数，即Δc＝0(无意义)，所以不用固体或纯液体表示反应速率 6．化学反应速率测定 测定原理 化学反应速率是可以通过实验测定的。根据化学反应速率表达式，实验中需要测定不同时刻反应物(或生成物)的浓度。化学反应进行时，反应体系中一种反应物的变化，必然引起其他物质浓度发生相应的变化。因此，反应体系中任何一种物质的浓度、质量等等的变化均可测定用于计算化学反应速率。 测定方法 化学反应速率是可以通过实验测定的。根据化学反应速率表达式，实验中需要测定不同反应时刻反应物(或生成物)的浓度。实际上任何一种与物质浓度有关的可观测量都可以加以利用，如气体的体积、体系的压强、颜色的深浅、光的吸收、导电能力等。例如，对于在溶液中进行的反应，当反应物或生成物本身有比较明显的颜色时，人们常常利用颜色变化与浓度变化间的比例关系来测量反应速率。 （1）直接观察测定：如释放出气体的体积和体系的压强等 （2）科学仪器测定：如颜色的深浅、光的吸收、光的发射、导电能力等。在溶液中，当反应物或产物本身有较明显的颜色时，可利用颜色深浅和显色物质浓度间的正比关系来跟踪反应的过程和测量反应速率 【温馨提醒】 ①对于有气体生成的反应，可测定相同时间内收集气体的多少或测定收集等量气体所耗时间的多少 ②对于有固体参加的反应，可测定相同时间内消耗固体质量的多少 ③对于有酸或碱参加的反应，可测定溶液中c(H＋)或c(OH－)的变化 ④对于有颜色变化或有沉淀生成的反应，可测定溶液变色或变浑浊所消耗时间的多少 知识点02 影响化学反应速率的因素 1．影响化学反应速率的主要因素——内因 不同的化学反应，具有不同的反应速率，因此，参加反应的物质的本身性质是决定化学反应速率的主要因素 2．影响化学反应速率的外界因素——外因 （1）浓度对化学反应速率的影响 ①实验探究——硫代硫酸钠与硫酸的反应 实验过程 取两支大小相同的试管，分别加入5 mL 0.1mol/L Na2S2O3溶液，向其中一支试管(左图)加入5 mL 0.1mol/L H2SO4溶液，另一支试管(右图)加入5 mL 0.5mol/L H2SO4溶液，振荡。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢 实验装置 化学方程式 Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O 实验现象 两支试管中的溶液均变浑浊，滴加0.5 mol·L－1 H2SO4溶液的试管先变浑浊 实验结论 增大浓度，化学反应速率增大 ②影响规律：当其他条件不变时，增大反应物的浓度，可以增大化学反应速率；减小反应物的浓度，可以减小化学反应速率 【温馨提醒】 ①浓度对化学反应速率的影响只适用于气体或溶液的反应，对于纯固体或液体的反应物，一般情况下其浓度是常数，因此改变它们的量不会改变化学反应速率 ②固体物质的反应速率与接触面积有关，颗粒越细，表面积越大，反应速率就越快。块状固体可以通过研细来增大表面积，从而加快化学反应速率 ③对于离子反应，只有实际参加反应的各离子浓度发生变化，才会引起化学反应速率的改变 ④随着化学反应的进行，反应物的浓度会逐渐减小，因此一般反应速率也会逐渐减小 （2）压强对化学反应速率的影响 ①研究对象——气体模型的理解 对于气体来说，在一定温度下，一定质量的气体所占的体积与压强成反比 由图可知：其他条件不变时，增大压强，气体体积缩小，浓度增大 ②影响规律： 对于有气体参加的化学反应，在相同温度下，增大压强(减小容器容积)，反应速率增大；减小压强(增大容器容积)，反应速率减小。 【温馨提醒】 ①恒温时，压缩体积→压强增大→气体浓度增大→反应速率增大； ②恒温恒容时，充入气体反应物→压强增大→气体反应物浓度增大→反应速率增大；充入惰性气体→总压强增大→气体浓度不变→反应速率不变。 恒温恒压时，充入惰性气体→压强不变→体积增大→气体浓度减小→反应速率减小。 （3）温度对化学反应速率的影响 ①实验探究——硫代硫酸钠与硫酸的反应 实验过程 取两支大小相同的试管，各加入5 mL 0.1mol/L Na2S2O3溶液和5mL 0.1mol/L H2SO4溶液，分别放入盛有热水和冷水的两个烧杯中。观察、比较两支试管中溶液出现浑浊的快慢 实验装置 化学方程式 Na2S2O3＋H2SO4===Na2SO4＋S↓＋SO2↑＋H2O 实验温度 热水 冷水 出现黄色浑浊的时间 短 长 实验结论 若其他条件相同，升高温度，化学反应速率增大；降低温度，化学反应速率减小 ②影响规律：当其他条件不变时，升高温度，可以增大化学反应速率；降低温度，可以减小化学反应速率 【温馨提醒】 ①温度对反应速率的影响不受反应物聚集状态的限制，不论是吸热反应还是放热反应，升高温度都能增大化学反应速率，故不能认为升高温度只会增大吸热反应的反应速率。 ②实验测定，温度每升高10oC，化学反应速率通常增大到原来2～4倍 （4）催化剂对化学反应速率的影响 ①实验探究 实验过程 取两支大小相同的试管，分别加入2 mL 5% H2O2溶液，向其中一支试管(右图)滴加2滴1 mol/L FeCl3溶液。观察、比较两支试管中气泡出现的快慢 实验装置 化学方程式 2H2O22H2O＋O2↑ 实验现象 无明显现象 产生大量气泡 解释 H2O2分解缓慢 加入FeCl3，H2O2分解速率迅速 实验结论 催化剂能加快化学反应速率 ②影响规律：当其他条件不变时，使用催化剂，化学反应速率增大 （5）其他因素对化学反应速率的影响 ①固体表面积：固体颗粒越小，其单位质量的表面积越大，与其他反应物的接触面积越大，化学反应速率越大。 ②反应物状态：一般来说，配成溶液或反应物是气体，都能增大反应物之间的接触面积，有利于增大反应速率。 知识点03 有效碰撞理论 1．基元反应与反应历程 （1）基元反应：大多数化学反应并不是经过简单碰撞就能完成的，而往往经过多个反应步骤才能实现。每一步反应都称为基元反应。基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞。 （2）自由基：带有单电子的原子或原子团叫自由基，如 I·自由基、O·自由基。自由基反应活性很强，寿命极短。 （3）反应机理：先后进行的基元反应反映了化学反应的反应历程，反应历程又称反应机理 （4）基元反应发生的先决条件：基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞，但是并不是每一次分子碰撞都能发生化学反应 2．有效碰撞 （1）概念：把能够发生化学反应的碰撞叫做有效碰撞 （2）条件：具有足够的能量；具有合适的取向 （3）与反应速率的关系：碰撞的频率越高，则反应速率越快 3．活化能和活化分子 （1）活化分子：把能够发生有效碰撞的分子叫做活化分子 （2）活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能 （3）活化分子的特点：活化分子具有比普通分子(非活化分子)更高的能量，活化分子在碰撞后有可能使原子间的化学键断裂从而导致化学反应的发生 （4）反应物、生成物的能量与活化能的关系图 E1：正反应的活化能 E2：活化分子变成生成物分子放出的能量，也可认为是逆反应的活化能 E1－E2：反应热，即ΔH＝E1－E2 4．基元反应发生经历的过程 5．有效碰撞理论对影响化学反应速率因素的解释 （1）影响化学速率的内因——活化能大小不同所致，活化能小的化学反应速率快，活化能大的反应速率慢。活化能大小主要是由反应物自身的性质决定的 （2）反应物的浓度与有效碰撞次数 在其他条件不变时，对某一反应来说，增大反应物浓度可以增大化学反应速率 （3）化学反应速率与分子间的有效碰撞频率有关，所有能够改变内能、运动速率，以及碰撞几率的方法，都可以用来改变、控制反应的速率，即活化分子百分数和单位体积活化分子数增大时，化学反应速率也就增大 ， （4）用图表法分析浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率的影响 外界因素 活化能 分子 总数 活化分 子总数 活化分子百分数 单位体积 活化分子数 有效碰撞次数 反应速率 增大反应 物的浓度 不变 增多 增多 不变 增多 增多 加快 增大反应物的压强 不变 不变 不变 不变 增多 增多 加快 升高反应 物的温度 不变 不变 增多 增多 增多 增多 加快 使用催化剂 降低 不变 增多 增多 增多 增多 加快 知识点04 化学平衡建立 一、可逆反应 1．概念 在相同条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应方向进行的反应称为可逆反应 2．表示方法 可逆反应方程式常用“”连接，把从左向右进行的反应称为正反应，把从右向左进行的反应称为逆反应。例如：SO2与H2O反应可表示为SO2＋H2O H2SO3。 3．特点 （1）双向性：可逆反应分为方向相反的两个反应——正反应和逆反应 （2）双同性：同一条件下，正反应和逆反应同时发生、同时存在 （3）共存性：反应不能进行到底，反应物和生成物共存于同一体系中，反应物的转化率小于100%。 （4）能量转化类型相反：若正反应放热，则逆反应吸热 二、化学平衡状态 1．化学平衡的建立 在一定条件下，把某一可逆反应的反应物加入固定容积的密闭容器中。反应过程如下： ——正反应速率最大，逆反应速率为零； ——反应物浓度逐渐减小→v正逐渐减小；生成物浓度由零逐渐增大→v逆从零开始逐渐增大； ——v正＝v逆，反应混合物中各组分的浓度保持不变。 以上过程可用下图表示： 2．化学平衡状态 一定条件下，可逆反应中，正反应速率与逆反应速率相等，反应混合物中各种物质的浓度或质量保持不变的状态。 3．化学平衡状态的特征 化学平衡状态具有“逆”“等”“动”“定”“变”的特征。 （1）逆：化学平衡研究的对象是可逆反应。 （2）等：正反应速率和逆反应速率相等。 （3）动：化学平衡从表面上或宏观上看好像停止了，但从本质上看反应并未停止，只不过正反应速率与逆反应速率相等罢了。 （4）定：在平衡混合物中，各组成成分的百分含量保持一定，不再随时间的改变而改变。 （5）变：化学平衡是在一定条件下建立的暂时平衡，若影响化学平衡的外界条件改变，化学平衡状态就会发生改变。 三、化学平衡状态的判断 1．用本质特征判断 判断依据：正反应速率与逆反应速率相等，即v正＝v逆。 （1）同一种物质：该物质的生成速率等于它的消耗速率。 （2）不同的物质：速率之比等于化学方程式中各物质的化学计量数之比，但必须是不同方向的速率。 2．用宏观特征判断 判断依据：反应混合物中各组成成分的浓度、含量保持不变。 （1）各组成成分的质量、物质的量、分子数、体积(气体)、物质的量浓度均保持不变。 （2）各组成成分的质量分数、物质的量分数、气体的体积分数均保持不变。 （3）反应物的转化率、产物的产率保持不变。 3. 判断平衡的依据 可逆反应大道平衡状态时有两个主要特征作为判断的核心依据： （1）正逆相等-----同一物质正逆反应速率相等； （2）变量不变-----反应混合物中各组分的百分含量保持不变。 判断可逆反应达到平衡状态的方法和依据 例举反应 mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g) 是否平衡 混合物体系中各成分的含量 ①各物质的物质的量或各物质的物质的量的分数一定 是 ②各物质的质量或各物质质量分数一定 是 ③各气体的体积或体积分数一定 是 ④总体积、总压强、总物质的量一定 是 正逆反应速率关系 ①在单位时间内消耗了m molA同时生成m molA，即V(正)=V(逆) 是 ②在单位时间内消耗了n molB同时消耗了p molC，则V(正)=V(逆) 是 ③V(A)：V(B)：V(C)：V(D)=m：n：p：q，V(正)不一定等于V(逆) 否 ④在单位时间内生成n molB，同时消耗了q molD，因均指V(逆) 否 压强 ①m+n≠p+q时，总压力一定(其他条件一定) 是 ②m+n=p+q时，总压力一定(其他条件一定) 否 混合气体平均相对分子质量M ①M一定时，只有当m+n≠p+q时 是 ②M一定时，但m+n=p+q时 否 温度 任何反应都伴随着能量变化，当体系温度一定时(其他不变) 是 体系的密度 密度一定 不一定 其他 如体系颜色不再变化等(平衡体系中有带颜色气体参加) 是 4．用“总压强、混合气体的密度、平均摩尔质量”判断平衡状态的注意事项 （1）恒温恒容条件下，用“总压强、平均摩尔质量”判断平衡状态时，要特别关注反应前后气体分子总数的变化，如： mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g) 是否平衡 压强 当m＋n≠p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 是 当m＋n＝p＋q时，总压强一定(其他条件一定) 不一定 混合气体的 当m＋n≠p＋q时，一定 是 当m＋n＝p＋q时，一定 不一定 （2）恒温恒容条件下，用“混合气体的密度”判断平衡状态时，要特别关注反应前后是否有非气态物质参与反应，如 关注各物质的状态 是否平衡 密度ρ C(s)＋CO2(g)2CO(g)(ρ一定) 是 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(ρ一定) 不一定 H2(g)＋I2(g)2HI(g)(ρ一定) 不一定 【温馨提醒】 ①对同一物质而言，断裂化学键的物质的量与形成化学键的物质的量相等则一定处于平衡状态 ②对绝热密闭容器，温度保持不变则一定处于平衡状态 ③若反应中有固体或液体，平均相对分子质量一定、密度一定则一定处于平衡状态 mA(s)＋nB(g pC(g)＋qD(g)，若A为固体或液体，则 是否是平衡状态 混合气体的平均摩尔质量一定 平衡 混合气体的密度一定 平衡 知识点05 化学平衡常数 1．化学平衡常数的概念与表达式 （1）概念：在一定温度下，当一个可逆反应达到化学平衡时，生成物浓度幂之积与反应物浓度幂之积的比值是一个常数(简称平衡常数)，用符号K表示 （2）表达式 对于可逆反应：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)， (固体和纯液体的浓度视为常数，通常不计入平衡常数表达式中) 2．化学平衡常数的意义 （1）平衡常数的大小反映了化学反应进行的程度(也叫反应的限度) （2）K值越大，表示反应进行得越完全，反应物的转化率越大，当K＞105时，该反应就进行的基本完全了。K值越小，表示反应进行得越不完全，反应物的转化率越小。当K＜10－5时，该反应很难发生 3．化学平衡常数的影响因素 （1）内因：不同的化学反应及方程式的书写形式是决定化学平衡常数的主要因素 （2）外因：在化学方程式一定的情况下，K只受温度影响，与反应物或生成物的浓度无关，与压强无关 4．化学平衡常数表达式书写注意事项 （1）化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡时的浓度，且不出现固体或纯液体的浓度。 （2）化学平衡常数表达式与化学方程式的书写有关。若反应方向改变、化学计量数等倍扩大或缩小，化学平衡常数都会相应改变。 （3）若两反应的平衡常数分别为K1、K2 ①若两反应相加，则总反应的平衡常数K＝K1·K2。 ②若两反应相减，则总反应的平衡常数K＝ （4）理解Kp含义 在化学平衡体系中，用各气体物质的分压代替浓度，计算的平衡常数叫压强平衡常数。 知识点06 化学平衡移动 一、化学平衡移动 1．定义 在一定条件下，可逆反应达到化学平衡状态，如果改变影响平衡的条件(如浓度、压强、温度等)，化学平衡状态被破坏，直至正、逆反应速率再次相等，在新的条件下达到新的化学平衡状态。这种现象称作平衡状态的移动，简称平衡移动。 2．平衡移动的原因 化学平衡的根本特征为V(正)=V(逆)，因此化学平衡移动的根本原因为V(正)≠V(逆)，平衡移动的方向根据V(正)、V(逆)的相对大小来决定。 当V(正)＞V(逆)时则向正方向移动 当V(正)＜V(逆)时则向逆方向移动 当V(正)=V(逆)时则平衡不移动 平衡移动的结果是Vˋ(正)=Vˋ(逆)，达到新的化学平衡。 3．图示表示 4．化学平衡移动方向的判断 当Q＝K时：反应处于平衡状态，v正＝v逆； 当Q＜K时：反应向正反应方向进行，v正＞v逆； 当Q＞K时：反应向逆反应方向进行，v正＜v逆。 二、影响化学平衡的因素 1．浓度变化对化学平衡移动的影响规律 （1）增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动。 （2）减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。 若其他条件不变，一次性改变浓度对化学平衡的影响如下表所示： 化学 平衡 aA＋bBcC＋dD(A、B、C、D为非固体) 体系浓度改变 增大反应物浓度 增大生成物浓度 减小反应物浓度 减小生成物浓度 平衡移动方向 正向移动 逆向移动 逆向移动 正向移动 速率 变化 v正先增大，v逆随后增大，且v′正＞v′逆 v逆先增大，v正随后增大，且v′逆＞v′正 v正先减小，v逆随后减小，且v′逆＞v′正 v逆先减小，v正随后减小，且v′正＞v′逆 图像 2．压强变化对化学平衡移动的影响规律 （1）针对有气体参加或有气体生成且反应前后气体体积发生变化的可逆反应而言 改变压强 平衡移动方向 增大压强 平衡向气体体积缩小的方向移动 减小压强 平衡向气体体积增大的方向移动 （2）对于反应前后气体体积没有发生变化的反应，改变压强平衡不移动。 若其他条件不变，压强对化学平衡的影响如下表所示： 化学平衡 aA＋bBcC＋dD a＋b＞c＋d aA＋bBcC＋dD a＋b＜c＋d 浓度改变 加压 减压 加压 减压 移动方向 正向移动 逆向移动 逆向移动 正向移动 速率变化 v正、v逆同时增大，且v′正＞v′逆 v正、v逆同时减小，且v′逆＞v′正 v正、v逆同时增大，且v′逆＞v′正 v正、v逆同时减小，且v′正＞v′逆 图像 3．温度对化学平衡移动的影响 升高温度，平衡向吸热反应方向移动； 降低温度，平衡向放热反应方向移动。 4．催化剂对化学平衡的影响 （1）加入催化剂可以大大地加快化学反应速率，是因为它可以降低反应的活化能，从而提高活化分子百分数，从而增大反应速率，但是由于催化剂能够同等程度地改变正、逆反应速率，因此它对化学平衡移动无影响。 （2）催化剂不能改变达到化学平衡状态时的反应混合物中的组成含量，但是使用催化剂能改变反应达到平衡所需的时间。 知识点07 化学反应进行的方向 一、自发过程和自发反应 1．自发过程 （1）含义：在一定条件下，不用借助外力，就能自发进行的过程。 （2）特点 ①能量角度：体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者放出热量) ②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向 ③具有方向性：即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行 2．自发反应 （1）定义：在给定条件下，可以自发地进行到显著程度的化学反应。如：食品腐败 （2）自发反应的特征 ①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自发，如： 食物在常温下会腐败，但是由腐败的食物变为食物是不可能自发进行的。 ②体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态。如：煤炭在一定条件下会自发燃烧成低能量的二氧化碳。 ③体系趋向于从有序体系转变为无序体系。如：老师离开教室后，学生在无约束的状态下会自发地由有序的状态进入混乱的状态。 （3）应用 ①可被用来完成有用功。如：设计原电池 ②非自发过程要想发生，必须对它做功。如：通电将水分解为H2和O2 【温馨提醒】 ①自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行。如：碳的燃烧需要点燃。 ②一般的，如果一个过程是自发的，则其逆过程就是非自发的。非自发过程要想发生，则必须对它做功，如利用水泵可将水从低处抽向高出，通电可将水分解生成氢气和氧气。 ③判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢、反应的热效应无关。 3．自发过程的判断 （1）根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力(如加热等) （2）根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定不自发；若逆向过程不自发，则正向过程一定自发。 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下，不用借助外力，就能自发进行的过程 在给定的条件下，可以自发进行到显著程度的化学反应 特征 具有方向性，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行 举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈 应用 （1）可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成原电池。 （2）非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为H2和O2 二、熵和熵变 1．熵 （1）定义：熵是衡量体系混乱度大小的物理量。 （2）符号和单位：S，常用单位：J/(mol·K) 2．熵变 （1）定义：发生化学反应时物质熵的变化称为熵变，符号为ΔS （2）计算公式：ΔS=生成物总熵-反应物总熵 3．影响熵大小的因素 （1）同一条件下，不同的物质熵值不同 （2）同一物质的熵与其聚集状态及外界条件有关，对同一种物质不同状态时熵值大小为S(g)>S(l)>S(s) （3）不同物质熵值的关系： I、物质组成越复杂→熵值越大 II、对于原子种类相同的物质：分子中原子数越多→熵值越大 （4）物质的量越大，分子数越多，熵值越大 （5）反应过程中气体物质的量增加的反应是熵增大 （6）固体的溶解过程、墨水扩散过程和气体扩散过程是熵增大 4．熵判据——自发反应与熵变的关系 多数能自发进行的化学反应是熵增的反应。熵变是与反应进行方向有关的因素之一，但不是决定反应能否自发进行的唯一因素。因此，只根据熵变来判断反应进行的方向是不全面的。 三、化学反应方向的判据 1．自由能变化：符号为ΔG，单位为kJ·mol－1。 2．自由能变化与焓变、熵变的关系：ΔG＝ΔH－TΔS。ΔG不仅与焓变有关，还与温度有关 3．反应方向与自由能的关系：化学反应总是向着自由能减小的方向进行，直到体系达到平衡。 （1）当ΔG＜0时，反应能自发进行 （2）当ΔG＝0时，反应处于平衡状态 （3）当ΔG＞0时，反应不能自发进行 4．综合焓变和熵变判断反应是否自发的情况： 焓变 熵变 化学反应能否自发进行 ΔH<0 ΔS>0 任何温度都能自发进行 ΔH>0 ΔS<0 不能自发进行 ΔH<0 ΔS<0 较低温度时自发进行 ΔH>0 ΔS>0 高温时自发进行 小结：“大大高温，小小低温” 5.温度对反应方向的影响 【温馨提醒】 （1）在讨论过程的方向问题时，我们指的是没有外界干扰时体系的性质。如果允许外界对体系施加某种作用，就可能出现相反的结果。 （2）过程的自发性只能用于判断过程的方向，不能确定过程是否一定会发生和过程发生的速率 （3）只适用于没有发生的反应 注：一般来说，如果一个过程是自发的，则其逆过程往往是非自发的 知识点08 化学反应调控 一、合成氨反应的特点 1．合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 （1）自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 （2）可逆性：反应为可逆反应。 （3）熵变：ΔS<0，正反应是气体体积缩小的反应。 （4）焓变：ΔH<0，是放热反应。 2．原理分析 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 增大压强 增大压强 温度 升高温度 降低温度 催化剂 使用 无影响 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 二、合成氨适宜条件的选择 1．工业合成氨条件 （1）压强 ①原理分析：压强越大越好。 ②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa。 ③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。 （2）温度 ①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。 ②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。 ③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。 合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的又一重要原因为铁触媒在500 ℃左右时的活性最大。 （3）催化剂 ①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 ②选用条件：通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 ③选择催化剂的理由：改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。 另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。 （4）浓度 ①原理分析：在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低。 ②采取的措施：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；应将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 ③采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向生成NH3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应。 2．工业合成氨的适宜条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2 3．合成氨的工艺流程 4．流程分析 （1）原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性 （2）压缩机加压：增大压强 （3）热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。 （4）冷却：生成物NH3的液化需较低温度采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。 （5）循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将NH3分离后的原料气循环利用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应，提高经济效益。 三、工业生产中选择适宜生产条件的思路 1．选择化工生产适宜条件的分析角度 外界 条件 有利于加快 速率的条件控制 有利于平衡正向移动的条件控制 综合分析结果 浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、 减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物 催化剂 加合适的催化剂 不需要 加合适的催化剂 温度 高温 ΔH＜0 低温 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度 ΔH＞0 高温 在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性 压强 高压(有气体参加) Δνg＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 Δνg＞0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 2．选择工业合成适宜条件的原则 （1）温度 ①所选温度兼顾反应速率快，产品含量高。 ②尽可能选择催化剂的最大温度。 （2）压强 ①所选压强对反应物转化率的影响变化幅度大。 ②压强不能无限大，防止增大设备成本和动力成本。 （3）催化剂 ①选用催化效率高的催化剂。 ②催化剂对反应有选择性，同一反应物选用不同的催化剂，产物可能不同。 A+BC A+BD ③某些物质能够使催化剂中毒，失去活性。 （4）浓度：原料尽可能循环利用 ①适当增大廉价物质的浓度，提高难获得原料的转化率。 ②必要时可以采用循环反应，以增大原料利用率。 （5）反应热的综合利用：一般采用热交换器。 （6）反应容器的选择：恒压容器有利于提高反应物的转化率。 3．化学反应的调控 （1）含义：通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。 （2）调控的目的：促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。 （3）考虑实际因素：结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找合适的生产条件；根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。 （4）控制的措施与效果 ①加快或减慢反应速率(改变温度、浓度、压强，使用催化剂等)。 ②提高或降低反应物的转化率(控制温度、浓度、压强等)。 ③减少甚至消除有害物质的生成。 ④控制副反应的发生。 （5）化工生产中控制反应条件的原则 在化工生产中，为了提高反应进行的程度而调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的成本、安全操作、环境保护和实际可能性等。 （6）化工生产中调控反应的一般思路 21 / 23 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 $